郭勇慶,鄧 銘,劉德武,孫寶麗

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510642)

近年來，畜禽養(yǎng)殖業(yè)已成為中國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，生豬、奶牛和家禽等主要畜禽的養(yǎng)殖數(shù)量、集約化程度和生產(chǎn)水平都得到了快速提高。同時(shí)，由于中國(guó)集約化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)普遍存在配套土地不足的現(xiàn)狀，使得畜禽糞便不能得到有效還田利用，造成了很大的環(huán)境威脅。調(diào)查顯示，農(nóng)業(yè)源污染物產(chǎn)生的排放對(duì)水環(huán)境影響較大，畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放造成的總氮、總磷量和化學(xué)需氧量分別占農(nóng)業(yè)源的38%、56%和96%(環(huán)保部、國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和農(nóng)業(yè)部，2010)[1]。隨著中國(guó)大氣、水和土壤污染防治計(jì)劃等環(huán)保政策的實(shí)施，及時(shí)采取相應(yīng)措施來降低畜禽氮、磷等污染物排放成為中國(guó)養(yǎng)殖業(yè)迫切需要解決的問題。

氮和磷是構(gòu)成動(dòng)物機(jī)體的重要成分，是飼料中必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素，與畜禽健康和生產(chǎn)水平密切相關(guān)。當(dāng)前，養(yǎng)殖者制定飼料配方時(shí)大都以提高畜禽的生產(chǎn)性能和免疫能力為目標(biāo)，很少考慮糞尿中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過剩造成的環(huán)境問題。隨著環(huán)保政策的收緊和人們生態(tài)環(huán)境安全意識(shí)的提高，從業(yè)者不得不采取多種措施來降低畜禽生產(chǎn)引起的環(huán)境污染。中國(guó)飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)推薦的磷需要量高于國(guó)際常用標(biāo)準(zhǔn)[2]，實(shí)際生產(chǎn)中飼料中氮磷含量通常也較高，造成畜禽氮磷利用效率普遍偏低，Bai等[3]研究得出，中國(guó)奶牛氮磷平均利用效率只有10%～22%，遠(yuǎn)低于美國(guó)、澳大利亞和新西蘭等國(guó)家的平均水平(19%～35%)。這不僅造成飼料資源的浪費(fèi)，而且增加糞尿氮磷的排放，可引起嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。為減少畜禽糞尿氮磷排放對(duì)環(huán)境的影響，當(dāng)前的科學(xué)研究多集中在如何處理含氮磷較高的糞便和污水，包括物理[4]、化學(xué)[5]、生物處理[6-7]、還田利用等[8]減少糞尿?qū)Νh(huán)境污染的技術(shù)和設(shè)備，然而這只是治標(biāo)的方法。研究表明，通過科學(xué)配制日糧，可有效調(diào)控禽畜糞便中氨氮和總磷含量[9]。采用動(dòng)物生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)原理配制的生態(tài)環(huán)保型飼料飼喂動(dòng)物，可以以最少的飼料資源消耗生產(chǎn)出盡可能多的優(yōu)質(zhì)畜產(chǎn)品，同時(shí)達(dá)到最佳的生態(tài)平衡[10]。因此，根據(jù)動(dòng)物生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)原理，采取日糧調(diào)控措施來提高畜禽氮磷利用效率，降低糞尿氮磷排放，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 動(dòng)物生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)的原理與實(shí)踐

畜禽機(jī)體對(duì)氮磷等養(yǎng)分的利用相對(duì)固定，飼料中未被利用的養(yǎng)分會(huì)隨糞尿排出體外，因此糞尿中的氮磷等養(yǎng)分含量與日糧組成密切相關(guān)。研究表明，通過營(yíng)養(yǎng)調(diào)控可以降低畜禽糞尿中氮磷及微量元素的排泄量[11]。因此，生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)(Ecological nutrition)應(yīng)時(shí)而生。美國(guó)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)家Van Soest于1982年出版了專著《Nutritional Ecology of the Ruminant》[12](反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)生態(tài)學(xué))，闡述了“反芻動(dòng)物-環(huán)境-營(yíng)養(yǎng)需要”之間的關(guān)系，建立了生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)的初步理論基礎(chǔ)。邢廷銑等[10]在1990年底初步建立了動(dòng)物生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)，指出動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)應(yīng)以獲得高效畜禽生產(chǎn)率為目標(biāo)，以提高飼料轉(zhuǎn)化率為手段，研究“環(huán)境(飼料庫)-畜禽(基因庫)-畜產(chǎn)品(產(chǎn)品庫)”3個(gè)因素間的物質(zhì)、能量的轉(zhuǎn)換和平衡及其動(dòng)態(tài)調(diào)控模式；后來，動(dòng)物生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)于1996年更新了概念，指出應(yīng)以生態(tài)學(xué)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)理論為基礎(chǔ)，把“環(huán)境-動(dòng)物-產(chǎn)品”作為一個(gè)整體，研究不同生存條件下動(dòng)物對(duì)各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的動(dòng)態(tài)需求量及其相互關(guān)系，以求用盡可能少的飼料或飼草資源在最短的周期內(nèi)生產(chǎn)出盡可能多而質(zhì)優(yōu)的畜產(chǎn)品。動(dòng)物生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)的意義在于要把動(dòng)物、營(yíng)養(yǎng)及環(huán)境視為一個(gè)整體，從飼料安全著手進(jìn)行綜合的、動(dòng)態(tài)的、平衡的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控，使動(dòng)物生產(chǎn)性能達(dá)到高效優(yōu)質(zhì)，又無環(huán)境污染。此外，動(dòng)物生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)還包括微生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)，即生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)的微型層次，主要是研究“正常微生物群-宿主-營(yíng)養(yǎng)”三者相互作用的科學(xué)，其中宿主包括人、動(dòng)物和植物，即可以將微生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)分為醫(yī)學(xué)微生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)、動(dòng)物微生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)和植物微生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)3個(gè)分支[13]。動(dòng)物微生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)主要關(guān)注的是動(dòng)物機(jī)體正常微生物群與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收、免疫和健康的關(guān)系。

動(dòng)物生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)理論可以通過給畜禽飼喂生態(tài)環(huán)保型飼料來實(shí)現(xiàn)。生態(tài)環(huán)保型飼料就是利用生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)理論和方法，圍繞畜禽產(chǎn)品公害和減輕畜禽對(duì)環(huán)境污染等問題，從原料的選購、配方設(shè)計(jì)、加工飼喂等過程進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量控制，并實(shí)施動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)調(diào)控，從而控制可能發(fā)生的畜禽產(chǎn)品公害和環(huán)境污染，使飼料達(dá)到低成本、高效益、低污染的效果[14]。方熱軍等[15]指出，采用低蛋白結(jié)合氨基酸平衡日糧可以降低畜禽糞尿氮的排泄和節(jié)約蛋白質(zhì)飼料資源，在飼料中添加植酸酶可減少糞中40%左右的磷排泄，微量元素螯合物可以明顯提高微量元素的利用率，微生物制劑可以減少甚至杜絕飼料中抗生素的添加。此外，使用沸石、絲蘭屬植物提取物、脲酶抑制劑等可以降低糞便中臭味物質(zhì)的揮發(fā)。因此，為了從源頭上解決畜牧業(yè)氮磷污染問題，根據(jù)動(dòng)物生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)理論，探索日糧調(diào)控措施對(duì)畜禽氮磷利用效率和排放的影響，對(duì)于促進(jìn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2 降低畜禽糞尿氮排放的飼糧調(diào)控措施

影響畜禽糞尿氮排放的營(yíng)養(yǎng)因素主要包括：日糧蛋白質(zhì)水平高低，氨基酸是否平衡，飼料原料組成是否合理等；對(duì)于反芻動(dòng)物來說，日糧中降解和非降解蛋白比例是否合理，瘤胃能氮是否平衡以及牧草品質(zhì)的高低等也可影響氮的利用效率。

2.1 單胃動(dòng)物

在單胃動(dòng)物飼料中，可以采用低蛋白日糧、添加寡糖或酶制劑等措施來提高氮利用效率，降低糞尿氮排放[16]。調(diào)整日糧使蛋白質(zhì)滿足畜禽需要是提高氮利用率的基本原則，當(dāng)日糧提供的蛋白質(zhì)超過需要時(shí)，多余的氮會(huì)通過糞、尿的形式排出體外。Carpenter等[17]研究得出，隨著生長(zhǎng)育肥豬日糧中蛋白質(zhì)水平的降低，尿氮和總氮排出量逐漸降低，氮利用效率逐漸增加。采用低蛋白日糧配制技術(shù)可以提高氮的利用效率，即按照理想蛋白質(zhì)模式，通過添加限制性氨基酸，以平衡日糧氨基酸比例，配制成符合畜禽營(yíng)養(yǎng)需要的低蛋白氨基酸平衡日糧[18]。隨著可消化氨基酸技術(shù)的成熟和氨基酸原料生產(chǎn)成本的下降，低蛋白日糧技術(shù)在豬、雞等飼料中也逐漸得到推廣。此外，中國(guó)的大豆粕主要依靠進(jìn)口且價(jià)格較高，采用合成氨基酸來配制低蛋白飼料，不僅可以降低豆粕用量，還能降低飼料配方成本和糞尿中N的排放量[19]。在降低日糧蛋白質(zhì)時(shí)，需要根據(jù)基礎(chǔ)日糧中氨基酸含量來補(bǔ)充賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸等必需氨基酸及亮氨酸、纈氨酸和異亮氨酸等支鏈氨基酸[20]。按照可消化氨基酸為基礎(chǔ)，參照理想蛋白質(zhì)模型，把家禽日糧蛋白質(zhì)水平降低2%～3%，并添加合成氨基酸配制符合營(yíng)養(yǎng)需要的平衡日糧，家禽生產(chǎn)性能并未受到顯著影響，反而可以提高飼料蛋白利用率，減少氮排出量20%～50%；但是當(dāng)日糧蛋白質(zhì)水平下降超過3%時(shí)，即便其它營(yíng)養(yǎng)成分都滿足，也會(huì)降低肉雞的生長(zhǎng)速率和胴體品質(zhì)[21]。

在飼料中添加適量的寡糖和植酸酶可以提高氮的利用效率。研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加適量的半乳甘露寡糖，可通過減少生長(zhǎng)豬小腸黏膜對(duì)氨基酸和葡萄糖的氧化而增加腸外組織對(duì)其吸收利用，從而提高氨基酸和葡萄糖的機(jī)體利用率[22]。在熱應(yīng)激肉雞日糧中添加益生菌和纖維寡糖時(shí)發(fā)現(xiàn)，粗蛋白的表觀消化率顯著升高，氮排泄量和氮排泄率顯著降低[23]。生長(zhǎng)豬日糧中添加植酸酶，能明顯提高粗蛋白和有機(jī)物的表觀消化率，同時(shí)能夠有效提高回腸末端氨基酸的真消化率；與不添加植酸酶的對(duì)照組比較，氮沉積量、氮沉積率與氮凈沉積率分別提高2.8 g/d、8.8%和11.0%[24]。

2.2 反芻動(dòng)物

在反芻動(dòng)物飼料中，可以采用適宜的飼糧粗蛋白質(zhì)水平、補(bǔ)飼瘤胃保護(hù)性氨基酸、保證瘤胃能氮平衡、改變飼糧粗飼料類型和使用飼料添加劑等日糧調(diào)控措施來提高氮利用效率，降低糞尿氮排放。

飼糧粗蛋白質(zhì)水平可直接影響氮采食量和糞氮、尿氮排泄量。奶牛糞氮排泄量通常比較穩(wěn)定，日糧中多余的氮主要通過尿液排出體外[25]。因此，對(duì)于泌乳奶牛來說，確保奶牛適宜的氮攝入量和提高產(chǎn)奶量是提高氮利用效率的有效途徑。王星凌等[26]給奶牛飼喂不同蛋白質(zhì)水平(12.56%、13.96%、15.53%和16.93%)的飼糧時(shí)得出，隨著飼糧粗蛋白水平的提高，尿氮排出量逐漸增加，乳氮排出量緩慢上漲，體內(nèi)氮沉積顯著增加，而糞氮排出量則相對(duì)穩(wěn)定，僅當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)水平為16.93%時(shí)顯著增加。不同蛋白水平的飼糧也可影響奶牛糞尿中NH3的排放量。Lee等[27]研究得出，飼糧蛋白質(zhì)水平為16.7%時(shí)奶牛糞尿中NH3的排放潛力顯著高于14.8%蛋白質(zhì)水平飼糧組，低蛋白質(zhì)飼糧組122 h的NH3累積排放量比高蛋白質(zhì)飼糧組顯著降低47%。

在確定反芻動(dòng)物飼料蛋白質(zhì)水平時(shí)，需要考慮飼料原料的蛋白質(zhì)品質(zhì)、氨基酸平衡、瘤胃降解和非降解蛋白質(zhì)平衡及粗飼料品質(zhì)和水平等多種因素。因此，在降低飼料蛋白質(zhì)的同時(shí)，可根據(jù)基礎(chǔ)飼糧氨基酸組成，補(bǔ)充過瘤胃蛋氨酸和賴氨酸等，能夠起到保證氨基酸平衡和提高氮利用效率的作用。與飼喂代謝蛋白平衡飼糧的奶牛相比，代謝蛋白缺乏時(shí)補(bǔ)充過瘤胃賴氨酸(100 g/(頭·d))和蛋氨酸(24 g/(頭·d))后未影響奶牛的生產(chǎn)性能，但是降低了尿氮排泄量和奶牛糞便的 NH3釋放潛力[28]。當(dāng)飼糧中可發(fā)酵碳水化合物不足時(shí)，不能給瘤胃微生物提供足夠的能源用來合成微生物蛋白，因此，此時(shí)若添加適量瘤胃可發(fā)酵碳水化合物，保證瘤胃能氮平衡，則能夠提高微生物蛋白的合成潛力，提高氮的利用效率，如高糖黑麥草干草組奶牛尿氮(114 g/d)和尿氮占總排泄氮的比例顯著低于低糖黑麥草干草組(229 g/d)[29]。對(duì)飼料原料進(jìn)行適當(dāng)加工，也可提高氮的利用效率。陳濤等[30]用0%、10%、20%和30%的蒸汽壓片玉米代替粉碎玉米，結(jié)果蒸汽壓片玉米組奶牛的飼料轉(zhuǎn)化率顯著增加，乳尿素氮水平顯著降低，氮排放量分別比對(duì)照組降低了4.23%、9.37%和10.29%。此外，采取改變飼糧碳水化合物組成和粗飼料類型以及在飼糧中添加離子載體、單寧和微生態(tài)制劑等飼料添加劑等措施，也可提高反芻動(dòng)物的氮利用效率和降低糞尿氮排放[31]。因此，采取飼糧調(diào)控措施能提高畜禽對(duì)飼糧蛋白質(zhì)的利用效率，降低糞尿氮排放，但不同調(diào)控措施的效果存在差異，應(yīng)繼續(xù)開展相關(guān)研究，科學(xué)評(píng)價(jià)不同調(diào)控措施的可行性。

3 降低畜禽糞尿磷排放的飼糧調(diào)控措施

飼料總磷含量、磷源的溶解度以及飼料的鈣磷比例等是影響動(dòng)物磷利用效率的主要因素，當(dāng)飼料中總磷水平過高、以植酸磷為主和鈣磷比例不當(dāng)時(shí)均可降低動(dòng)物對(duì)磷的吸收和利用率，糞尿中磷排放量相應(yīng)增加。

3.1 單胃動(dòng)物

采取低磷飼糧、使用高效礦物質(zhì)磷源、在飼料中添加植酸酶等措施，可以提高單胃動(dòng)物日糧中磷的利用效率。飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給超過需求是導(dǎo)致養(yǎng)分排出增多的重要原因之一。研究表明，中國(guó)飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)推薦的產(chǎn)蛋雞、肉仔雞、肉鴨和奶牛飼糧中磷需要量均高于美國(guó)飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)[32]。此外，飼料加工企業(yè)在制作飼料時(shí)通常采用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)富裕量的理念，即營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量要高于飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，以保證出現(xiàn)采食量低等問題時(shí)不會(huì)出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)缺乏。因此，可以結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，在不影響畜禽生產(chǎn)性能時(shí)，探索采用低磷日糧來降低飼料中磷的水平，以減少糞尿中磷的排放。

飼料中的磷可以分為植物、動(dòng)物和礦物質(zhì)3種來源。磷的生物學(xué)利用率因磷的來源不同而有所差異，其中，動(dòng)物和礦物質(zhì)來源磷的利用效率通常高于植物來源。其中，肉骨粉等動(dòng)物原料含鈣量高，容易吸收，但是由于其存在細(xì)菌超標(biāo)和傳播疫病風(fēng)險(xiǎn)，目前只少量用于蛋雞飼糧。植物來源的磷大都以植酸磷的形式存在，但是單胃動(dòng)物胃腸道缺乏分解植酸的酶。近年來，隨著植酸酶工業(yè)的發(fā)展，植酸酶的添加在飼料產(chǎn)品中逐漸普及，在單胃動(dòng)物飼料中添加300～500 U/kg的植酸酶，通?？梢越档?.10%有效磷含量。大量的研究表明，在肉雞[33-34]、肉鴨[35-36]、蛋雞[37]、豬[38]飼糧中添加植酸酶均能提高植物來源磷的利用效率，降低磷酸氫鈣(DCP)、磷酸二氫鈣(MCP)、磷酸一二鈣(MDCP)等礦物質(zhì)磷的添加量。通常認(rèn)為礦物質(zhì)磷源中的水溶磷含量越高，磷利用率越高。萬敏艷等[39]以肉仔雞體增重、脛骨指標(biāo)和血清生化指標(biāo)評(píng)定磷的利用效率時(shí)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于DCP(100%)，MDCP對(duì)肉仔雞的生物學(xué)利用率是112.5%。呂小康等[40]研究表明，相對(duì)于試劑級(jí)DCP(100%)，以磷酸鹽中磷的表觀消化率和真消化率為指標(biāo)，MDCP的相對(duì)生物學(xué)利用率均為120%。因此，采用生物學(xué)利用率較高的礦物質(zhì)磷源時(shí)可以降低飼料中磷酸鹽的添加量，同時(shí)可以降低糞尿中磷的排放量。

3.2 反芻動(dòng)物

反芻動(dòng)物可以利用瘤胃微生物產(chǎn)生的植酸酶來分解植酸，使其中的磷釋放出來被消化利用[41]。奶牛食入的磷由可利用磷和不可利用磷兩部分組成，其中可利用磷經(jīng)微生物作用和胃腸道消化吸收來合成奶和體組織，或進(jìn)入唾液磷循環(huán)，多余的磷經(jīng)尿排出體外；不可利用磷、消化道中死亡的微生物，以及細(xì)胞所含的磷主要通過糞便排出體外。生產(chǎn)水平不變時(shí)，奶牛機(jī)體需要的磷變化較小，多余的磷會(huì)隨糞尿排出體外[42](圖1)。通過中國(guó)飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出的奶牛磷需要量比美國(guó)NRC(2001)[41]高26%～74%，因此在不影響生產(chǎn)性能的前提下，降低飼料磷的水平是提高反芻動(dòng)物飼料磷利用效率的最佳途徑。通過泌乳性能、繁殖性能和骨骼生長(zhǎng)等指標(biāo)來綜合評(píng)價(jià)泌乳奶牛[43-44]和生長(zhǎng)母牛[45-46]飼糧磷的適宜需要量時(shí)得出：飼糧磷含量為0.30%～0.34%時(shí)可滿足生長(zhǎng)期奶牛正常血磷濃度、最大平均日增重和骨骼強(qiáng)度，飼糧磷含量為0.32%～0.42%時(shí)可滿足泌乳期奶牛的磷需要，且對(duì)奶牛的乳脂率、乳蛋白率和繁殖性能影響較小。隨著奶牛飼糧含磷量的升高，磷的吸收率逐漸下降；當(dāng)超過磷需要量時(shí)，會(huì)增加糞磷的排泄量[47]。因此，需要控制反芻動(dòng)物飼糧中的磷含量。

圖1 磷在奶牛體內(nèi)的代謝過程[42]

此外，飼糧鈣磷比、礦物質(zhì)磷源的種類、植酸酶也會(huì)影響反芻動(dòng)物的磷利用效率[41]。因此，需要根據(jù)奶牛生理階段和產(chǎn)奶量等因素來確定日糧中適宜磷含量和鈣磷比，嘗試使用高效磷源和添加植酸酶等措施，以滿足生產(chǎn)需要和降低糞尿磷的排放。

4 小 結(jié)

綜上所述，飼糧中氮和磷通過消化吸收被用來合成肉蛋奶等畜產(chǎn)品，是畜禽生產(chǎn)中必須的營(yíng)養(yǎng)元素，未被吸收部分則隨糞尿排出體外，通過徑流、滲漏等途徑引起大氣、水體、土壤的污染。糞尿中的氮磷濃度與飼糧蛋白質(zhì)、總磷的含量及飼料原料組成密切相關(guān)。因此，采用動(dòng)物生態(tài)營(yíng)養(yǎng)學(xué)原理，通過降低營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)投入、改善飼糧組成等途徑可以提高畜禽氮磷利用效率和降低糞尿排放，在不影響動(dòng)物生產(chǎn)性能發(fā)揮和健康的同時(shí)，可以起到節(jié)本、增效和減排的作用。